Хрупкое разрушение под водородным охрупчиванием относится к проникновению атомов водорода внутрь титановой матрицы при определенной температуре и среде. Водород реагирует с титаном с образованием хрупких осадков гидрида титана, которые разрушают непрерывность микроструктуры металла. Под внутренним давлением и термическим напряжением хрупкие трещины возникают и быстро расширяются внутри стенки трубы без явной пластической деформации на поверхности, что в конечном итоге приводит к внезапному хрупкому разрушению и утечке среды в титановых нагревательных трубках. Этот отказ связан с повреждением внутренней хрупкости материала, вызванным водородом-, которое часто возникает в титановых трубопроводах, работающих в среде травления, среде, содержащей влажный водород-, и в системах катодной защиты.
1. Механизм проникновения водорода и охрупчивания.
Титан обладает сильной способностью поглощать водород в определенном диапазоне температур. Когда трубопровод контактирует с кислотной травильной жидкостью или технологической жидкостью,-богатой водородом, ионы водорода в среде получают электроны и превращаются в атомарный водород. Атомы водорода небольшого- размера могут легко проходить через пассивирующую пленку титана и диффундировать в решетку металла. По мере того, как концентрация водорода достигает насыщения, игольчатые-хрупкие фазы гидрида титана выделяются вдоль границ зерен. Эти гидридные фазы имеют чрезвычайно низкую ударную вязкость и становятся естественными источниками трещин. Под действием растягивающего напряжения, вызванного давлением и изменением температуры, трещины распространяются вдоль областей распределения гидридов с чрезвычайно высокой скоростью, что приводит к разрушению скола практически без пластической деформации. В отличие от гальванической коррозии и щелевой коррозии, которые связаны с потерями материала при растворении, водородное охрупчивание представляет собой ухудшение структурной хрупкости, вызванное легированием внутреннего элемента, и тело трубы не имеет очевидной потери веса перед разрушением.
2. Типичные положения, подверженные водородному охрупчиванию
Участки трубопроводов, пропитанные травильной кислотной жидкостью при химической очистке и пассивации конструкции;
Отрезки труб, подключенные к устройствам катодной защиты от-коррозии с повышенным защитным потенциалом;
Тупиковые трубопроводы, в которых водород-содержащая среда герметично закрыта, а водород постоянно растворяется и накапливается;
Сварные соединения с рыхлой зернистой структурой и более высокой скоростью диффузии водорода;
Стоящие участки с остановкой при низкой-температуре, где растворимость водорода падает и гидрид выпадает в осадок в больших количествах.
3. Основные факторы, ускоряющие водородное охрупчивание
Неконтролируемое время травления и концентрация кислоты во время-очистки трубопровода на объекте, приводящие к чрезмерному поглощению водорода;
Неправильная настройка параметров катодной защиты подаваемого тока, приводящая к чрезмерной защите и принудительному выделению водорода;
Долгосрочное-остановление без опорожнения обогащенной водородом-среды внутри трубопровода во избежание обогащения водородом;
Рабочая среда содержит сероводород, образующийся водород и другие компоненты, легко диссоциирующие атомы водорода;
Отсутствие термической обработки дегидрирования после сварки и травления для удаления растворенного водорода внутри материала.
4. Полные-технические меры по предотвращению и контролю ссылок
① Разработать стандартизированный короткий-процесс травления со строгим добавлением ингибитора коррозии.
Ограничьте продолжительность выдержки в кислоте, чтобы уменьшить проникновение водорода в титановую подложку.
② Точно отрегулируйте потенциал катодной защиты, чтобы избежать реакции чрезмерного выделения водорода.
Установите верхний предел потенциала, чтобы заблокировать выработку водорода из источника.
③ Опорожните и замените остатки среды в трубопроводах после длительного-останова работы.
Выпустите накопившийся водород, чтобы предотвратить осаждение гидридов при низкой температуре.
④ Внедрить низкотемпературный дегидрирующий отжиг после сварки и кислотной очистки.
Вытесните лишний растворенный водород из металлической решетки титана.
⑤ Регулярный контроль проб материала для определения степени осаждения гидридов на ключевых участках трубы.
Сильно охрупченные компоненты заменяйте заранее, прежде чем произойдет разрушение.
5. Сравнительная таблица эффективности профилактики
表格
| Режим работы и защиты | Риск водородного охрупчивания | Предложение по применению |
|---|---|---|
| Неограниченное травление + сверхзащита + отсутствие дегидрирования. | Внезапное хрупкое растрескивание происходит после нескольких рабочих циклов. | Разрезать вышедшую из строя трубопроводную арматуру и провести общую термообработку дегидрирования. |
| Регулируемая конструкция травления + точный потенциал защиты + периодическая замена среды | Эффективно подавляет поглощение водорода и образование гидрида. | Стандартная рабочая спецификация по техническому обслуживанию анти-антикоррозионного титанового трубопровода отопления |
| Добавление ингибитора в-процессе + мониторинг потенциала-в режиме реального времени + регулярное металлографическое обнаружение | Чрезвычайно низкая скрытая опасность хрупкого разрушения | Предпочтительная схема титанового оборудования в условиях длительной-работы в химической среде |
Заключение
Разрушение титановых нагревательных трубок из-за водородного охрупчивания вызвано проникновением атомов водорода и осаждением гидрида титана внутри матрицы, что снижает ударную вязкость материала и приводит к внезапному хрупкому разрушению, вызванному напряжением-. Основные стратегии предотвращения включают строгий контроль параметров травления и защиты от-коррозии для перекрытия каналов поступления водорода, своевременное опорожнение среды,-богатой водородом, и удаление внутреннего водорода посредством дегидрирующей термообработки. Замкнутый-контроль очистки трубопровода, анти-конфигурация, техническое обслуживание при остановке и проверка материалов могут предотвратить внезапные аварии, связанные с безопасностью, вызванные водородным охрупчиванием титановых нагревательных трубок.
